(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コントローラ（３０）が極低温容器内のガス圧力を示すデータを受信し、
制御弁（４０）が前記極低温容器（１２）からの極低温ガスの流出を制御する、超伝導磁石（１０）を収容する前記極低温容器（１２）からのガスの流出を制御するための方法であって、
前記磁石への電流の導入開始後または前記磁石からの電流の除去開始後における前記磁石の状態を示すデータが前記コントローラに利用可能にされ、前記極低温容器からの極低温ガスの流出が、前記磁石の状態を示す前記利用可能なデータに応じて前記コントローラ（３０）によって制御される前記制御弁（４０）の動作によって制御されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記コントローラ（３０）は、可変デューティサイクルによって前記制御弁を周期的に開閉することによって前記制御弁（４０）を制御する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記コントローラ（３０）は、前記制御弁（４０）が完全に開いた位置にあるときに与えられるガス流動経路の断面積に対して、前記弁を部分的に開いた際に、特定の比率になるように前記制御弁（４０）を制御する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記磁石への電流の導入手順が進行中であること、または始まろうとしていることを示す前記磁石の状態を示す前記利用可能なデータに応じて、前記コントローラ（３０）は前記弁（４０）を完全に開くか、または弁動作デューティサイクルの開放比率を増加させるか、または前記ガス流動経路の断面積を増加させるように制御する、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記磁石への電流の導入手順時に、前記極低温容器からのガス流出は、前記電流の導入手順内の１つ以上のある一定の瞬間に前記極低温容器内のガス圧力を引き下げることによって更なる冷却を与えるように前記弁(４０)を制御する前記コントローラ（３０）によって制御される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記磁石への電流の導入手順時に前記極低温容器からのガス流出は、前記電流の導入手順時に前記極低温容器内のガス圧力を徐々に引き下げることによって更なる冷却を与えるように前記弁(４０)を制御する前記コントローラ（３０）によって制御される、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記磁石の正常な定常状態動作を示す前記磁石の状態を示す前記利用可能なデータに応じて、前記コントローラ（３０）は、前記圧力が前記コントローラ（３０）に示されたように設定限界値に達しなければ前記弁が閉じた状態に留まるように前記弁（４０）を制御する、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容器内のガス圧力と容器からのガス流とを調整するための制御装置および方法に関する。本発明は特に、ＭＲＩ画像形成システムにおける超電導磁石コイルを冷却するために知られたような極低温容器内のガス圧力および極低温容器からのガスの流れの制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、クライオスタット内に収容されたＭＲＩ画像形成磁石の断面を略図的に示す。
当分野で公知のように、このような装置は一般的には、極低温液体１４で部分的に満たされた極低温容器１２内に吊り下げられた、形成体（図示せず）上に取り付けられた１セットの超電導コイル１０を備える。極低温液体は、その沸点がコイル１０に使用されているワイヤの超電導遷移温度より低くなるように選択される。極低温容器を外側真空容器ＯＶＣ１６が取り囲む。ＯＶＣの内面と極低温容器の外面との間の空間１８は、対流による極低温容器への熱流入を減らすために排気される。輻射による極低温容器への熱流入を減らすために、排気された空間には１つ以上の熱輻射シールド１９が設けられ得る。熱流入を更に減らすために、排気された空間内にはアルミニウム被覆されたポリエステルシート１９ａといった固体断熱層も設けられ得る。支持・懸架部材２０の慎重な設計は、伝導による極低温容器への熱流入を減らす。
【０００３】
コイル１０には、アクセスタレット２４を通して極低温容器内につながる電流リード２２によって電流が供給される。電流を導入または除去するプロセスは、後に詳述するようにランピング（ramping）として公知である。アクセスタレットはまた、一般的には極低温ガスが流出するための通気経路２５を備える。磁石１０の動作状態に依存して、幾つかの理由から極低温ガスが流出することを可能にすることは必要である。本発明は、このような通気を可能にするために設けられた装置と極低温ガスの通気を制御するための方法とに関する。極低温ガスの通気を必要とする状況の幾つかの例は次のとおりである。動作時に極低温容器１２は、空気進入に対して密閉された状態に留まらなくてはならないが、極低温容器内のガス圧力は超電導コイルのための正しい熱環境を維持するように正確に制御されなくてはならない。ランピング時、正確に制御された冷却ガスの放出が、電流リード２２を冷却するために必要とされ得る。
【０００４】
既存のシステムでは、すべての正常動作状態時（極低温冷媒充填時、ランプ（ramp）時、および現場での正常動作時）における極低温ガス通気の制御は、直接作動機械弁を使用して達成される。これらの変化する状況下で必要とされる制御精度を達成することは、困難で高価であることが分かっている。この不十分な制御によれば、結果的に増加するクウェンチの危険と増加する極低温冷媒損失と共に、ランピング時の理想以下のコイル温度につながる。
【０００５】
公知のＭＲＩ画像形成システムなどでは、センサ３２、３４からデータを受信し、磁石内の電流を制御している磁石管理システム３０であって、定常状態動作におけるランプアップ（ramp-up）時；画像形成時およびランプダウン（ramp-down）時に、常に最適性能のために磁石システムの動作を制御する磁石管理システム３０を設けることが慣例である。
【０００６】
更なる要件は、両方向への程度の高い漏れ止めの必要性である。極低温ガスが極低温容器から漏れる場合、許容できない極低温冷媒の消耗が生じ、おそらく磁石１０の温度上昇を引き起こし、これはクウェンチという結果を招く可能性がある。
空気あるいはその他のガスといった汚染物質が極低温冷媒内に漏れる場合、これらは凍結してクウェンチを誘導し得る固体堆積物になる可能性があり、あるいはクウェンチの場合に危険となり得る蒸発した極低温冷媒のための排出チャネルを塞ぐ可能性がある。クウェンチ時には磁石から崩壊破片が放出される可能性があり、これが弁座２６を汚染する場合、いずれかの方向に許容できない漏洩が生じ得る。
【０００７】
現在使用されている機械式通気弁は、弁のプレートの開放を調整するためにガス圧力とスプリング力とのバランスに依存する。このタイプの弁の動作力は小さくて、その結果、性能は、スプリング力，摩擦，動作温度および製造許容誤差の範囲の僅かな変化に敏感である。これらの影響を減らすために高価な較正および調整技法が使用されるが、それにもかかわらず圧力制御性能はアプリケーションによりわずかに改善されるが信頼性は不十分である。
【０００８】
過去における大きな開発努力にもかかわらず既存の直接作用機械式通気弁（弁プレートがスプリング／ベローズシステムまたは同様のものによって直接操作される）は、MR画像形成装置および同様の装置の超電導磁石のために極低温容器圧力の正確な、あるいは最適化された制御を提供しない。要求の厳しい較正要件のために、このような弁は製造に費用がかかり、動作の信頼性が低い。
【０００９】
極低温容器の空気／氷汚染の危険を避けるために極低温容器内の圧力は通常、例えば絶対圧力あるいはゲージ圧力トランスジューサ３２からの測定データにしたがって極低温冷凍機を制御する磁石管理制御システム３０によって、大気圧より高く維持される。しかしながらランピング時には、極低温液体の増加した蒸発を可能にすることによって許容可能な磁石温度を維持するために、更なる圧力上昇は制限されるべきである。これらの矛盾する要件の結果、極低温容器圧力の極めて正確な制御と測定は、通気弁４０と一般的にはコントローラ３０内に含まれる圧力制御システムとによって与えられることが必要とされる。
【００１０】
効果的で信頼性の高いオン／オフ動作を機械弁システムに与えることが困難であることは分かっている。弁要素または弁座上の少量の汚染物質でも、閉鎖位置において弁に漏洩を起こさせる可能性がある。他方、汚染物質は弁が完全に開くことを妨げる可能性がある。いずれの場合にも弁は、容器内の必要な圧力を維持できず、あるいは容器からの必要なガス流量を可能にできない。
【００１１】
代替の装置では通気は、知的コントローラを使用して制御される駆動装置を備えた弁によって制御される。この装置によれば圧力と通気ガス流量とを正確に制御することが可能である。このような装置は、例えば英国特許第２３９８８７４号明細書（特に図６と請求項１５参照）や、国際公開第２００６／０２１２３４号に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】英国特許第２３９８８７４号明細書
【特許文献２】国際公開第２００６／０２１２３４号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このような制御弁の使用によって自己補正制御ループが達成され得るので、正確に較正された弁の必要性はなくなる。これは、選択された圧力が極低温容器内において高い信頼度で維持されることを可能にする、および／または内部の絶対圧力またはゲージ圧力がある一定値に達したときにガスの通気が行われ得る。極低温容器を含むシステムの動作のために必要とされるような通気ガス流量の正確で予測可能な制御も同様に与えられ得る。
【００１４】
このようにして機械弁２６の機能は、磁石管理制御ユニット３０のような知的制御システムの制御下で制御弁４０によって置き換えられ得る。磁石管理制御ユニット３０に利用可能なデータ入力は、極低温容器絶対圧力および／または極低温容器温度を含み得る。図１に示された例ではセンサ３２、３４は、極低温容器内の圧力と極低温容器から排気されるガスの流量とを示すデータを磁石管理ユニット３０に供給する。
【００１５】
制御弁４０は、単純な周期的オン／オフ機能を有し得る。正確な圧力制御は、弁のオン／オフ状態のデューティサイクルを変えることによって達成され、弁の正確な較正の必要性をなくす。このような装置では圧力測定とデューティサイクル調整とが小さな変動を補正するので、弁の正確な流動容量は特に重要ではない。ある幾つかの装置では磁石管理制御システム３０は、制御弁４０を周期的に開閉するオン・オフ時間比率（デューティサイクル）を変えるコントローラによって、必要とされる圧力または必要とされるガス流量を維持するように弁４０を制御する。適当に寸法決めされた弁と動作周期とを使用することによって圧力の変化は近接した限界内に維持され得る。
【００１６】
例えば極めて単純な制御方法は、
（１）必要とされる極低温容器内絶対圧力＝ｘを設定し；
（２）通常設けられているセンサ３２から極低温容器内の実際の圧力ｐを検出し；
（３）ｐ＞ｘの場合、弁動作デューティサイクルの「開放」比率を増加、即ち、弁を周期的に開閉する際の弁開状態の時間割合を増加させ；
（４）ｐ＜ｘの場合、弁動作デューティサイクルの「開放」比率を減少させるという方法によってなし得る。
【００１７】
ガス圧力よりむしろガス流量の制御が必要とされる場合には、制御方法は、同様に、
（１）必要とされる極低温容器からのガス流量＝Ｒを設定し；
（２）通常設けられているセンサ３４から極低温容器からの実際のガス流量ｒを検出し；
（３）ｒ＜Ｒの場合、弁動作デューティサイクルの「開放」比率を増加させ；
（４）ｒ＞Ｒの場合、弁動作デューティサイクルの「開放」比率を減少させるという方法によってなし得る。
【００１８】
適当な制御信号と、必要とされる動作を与えるように制御信号を修正するための適当な装置とは、当業者によって簡単に導き出され得る。正確な信号と選択された制御信号の変化は、本発明にとって特に重要ではない。
【００１９】
代替の装置では制御弁４０は、磁石管理制御システム３０によって制御される可変の開放を有し得る。例えばボール弁は、ステップモータに送られた信号によって決定される位置にまで弁ボールを回転させるステップモータに動作可能に接続され得る。利用可能なガス流動経路の断面は、弁の正確な較正をなくして所望の効果を得るために、例えば関連ステップモータを動作させることによる弁４０の制御によって変えられ得る。このような変化の影響は、３２、３４で示されたようなセンサによって監視される。このような装置では弁の正確な流動容量は、流動測定とデューティサイクル調整とが僅かな変動を補正するので特に重要ではない。例えば極めて単純な制御方法は、
（１）必要とされる極低温容器内絶対圧力＝ｘを設定し；
（２）通常設けられているセンサ３２から極低温容器内の実際の圧力ｐを検出し；
（３）ｐ＞ｘの場合、利用可能なガス流動経路の断面積を増加させ；
（４）ｐ＜ｘの場合、利用可能なガス流動経路の断面積を減少させるという方法によってなし得る。
【００２０】
ガス圧力よりむしろガス流量の制御が必要とされる場合には、制御方法は、同様に、
（１）必要とされる極低温容器からのガス流量＝Ｒを設定し；
（２）通常設けられているセンサ３４から極低温容器からの実際のガス流量ｒを検出し；
（３）ｒ＜Ｒの場合、利用可能なガス流動経路の断面積を増加させ；
（４）ｒ＞Ｒの場合、利用可能なガス流動経路の断面積を減少させるという方法によってなし得る。
【００２１】
弁に関して種々の制御戦略が可能であり、制御ユニットのソフトウエアで定義されることが可能である。制御弁装置の利点は、弁ハードウエアの不完全さが磁石管理制御システム３０のソフトウエアで補正され得ることである。必要とされるように極低温容器内の絶対圧力を制御するための制御弁を動作させるためにこのようなセンサによって与えられるデータを使用することができる。大気圧センサを設けることによって極低温容器１２の内部のゲージ圧力は制御され得る。
【００２２】
磁石管理制御システム３０によって生成される、ステップモータによって操作される弁のための制御信号は、当業者によって容易に導き出され得る。
【００２３】
現在のＭＲＩ画像形成磁石システムに関しては、システムのサイズを考えると１Ｈｚ未満の弁動作周期で、まったく十分であることが分かっている。特に、遥かに小さな極低温容器に関しては、弁動作のより高い周期が必要である。
【００２４】
説明された制御方法はおそらく、コンピュータプログラムなどとして操作されることは無論である。このような制御装置によれば、必要な圧力ｘまたは所望のガス流量ｒを変えることは簡単である。
【００２５】
制御弁４０自体は、適当な適度の圧力上昇によって一般的にはランピング時に最も高い意図された極低温ガス流出流量を受け入れるために十分な最大流動容量を有するように選択されるべきである。しかしながら弁の流動容量は、低下した制御精度と密閉効率の危険を冒してまで不必要に大きくすべきでない。
【００２６】
極低温冷媒、一般的にはヘリウムの使用は、著しい増加したコストを表す。更にヘリウムは、有限の消耗品資源であって、現在ではヘリウムの消耗を減らす方策が必要とされている。
【００２７】
図２は、直接作用機械弁を使用する従来のクライオスタット装置の弁装置を略図的に表す。極低温容器１２から大気または極低温冷媒回復設備６０に３個の並列な弁６２、６４、６６が繋がっている。
【００２８】
第１の弁６２は、受動的安全保護弁である。極低温容器１２内の圧力が最大安全値より低いある一定値を超える場合、圧力は機械弁６２または同等物のスプリングバイアス要素または重力バイアス要素に作用してこの弁をある一定の程度まで開き、極低温ガスが極低温容器１２から大気中に、あるいは回復設備６０に流出することを可能にする。いったん極低温容器内圧力が一定値より低く下がると、弁は再び閉じる。一般的には、ある一定の閾値より低い、一般的には大気または回復設備６０の圧力より低い圧力である過小圧力は、弁６２の要素に作用してこの弁を堅く閉じた状態に保持し、大気または回復設備６０から極低温容器１２内へのガスの流入を防止または制限する。
【００２９】
第２の弁６４は、クウェンチ弁である。極低温容器１２内に収容された超電導磁石にクウェンチが発生したとき、大量の蓄積エネルギーが熱として急激に解放されて、極低温容器圧力の突然の急上昇を伴う大量の極低温冷媒の突然の蒸発を引き起こす。このような事象は比較的稀ではあるが、受動的保護安全弁６２では一般的には小さすぎてうまく対処できない。クウェンチ弁６４は一般的には、受動的保護安全弁６２より高い極低温容器圧力で開き、遥かに大きなガス流出経路断面積を備える。クウェンチ弁は一般的には、スプリングバイアスの直接作用機械弁である。極低温容器内圧力が十分に高い圧力に達すると、クウェンチ弁はスプリングの力に対して強制的に開けられて大きなガス流出経路を与え、大量の極低温冷媒の通気を可能にし、極低温容器内圧力が危険なレベルに達するのを防止する。受動的保護安全弁６２も、比較的低い圧力で駆動されて開くことは無論である。クウェンチ時に極低温容器から放出された破片によって受動的保護安全弁６２が汚染または損傷され得るという危険が存在する。受動的保護安全弁６２が損傷または汚染される場合、この弁はクウェンチの後に正しく閉じることができず、極低温冷媒の無制御損失を生じる；あるいは極低温容器内圧力が再び一定値を超えたときに開くことができないという恐れがある。クウェンチ弁はバーストディスクによって取って代わられることも可能である。スプリング弁要素よりむしろバーストディスクは、クウェンチガス流出経路を閉鎖する壊れ易い密封材を備える。クウェンチの場合にバーストディスクは、粉々に壊れて大きな断面積のガス流出経路を与える。クウェンチが終わると、バーストディスクの残余部分は除去されて、代わりのディスクが設置されなくてはならない。このようなバーストディスクは、機械式クウェンチ弁と比較して漏洩傾向が小さいという利点を有する。
【００３０】
第３の弁６６は、圧力制御弁である。これは、制御システムにおいて直接機械的にあるいはユーザ介入によって、手動的に操作され得る。この弁は、ユーザが極低温容器内圧力を意図的に下げたいと思うときに使用される。例えばサービスエンジニアは、点検修理作業を実行する前に極低温容器内圧力を大気圧にまで下げる必要があり得る。手動操作弁によれば、極低温容器１２内の圧力が大気または回復設備６０の圧力より低く下がっている限り、弁が開いた状態になっていて、大気または回復設備６０から極低温容器１２内へのガスの流入を可能にするという危険が存在する。
【００３１】
本発明は、以下に説明されるように、磁石の動作時の種々の時点で、極低温容器内の圧力および極低温容器からの流出ガスの流量を制御するための改善された方法を提供する。
【００３２】
このようにして本発明は、請求項に記載の方法を提供する。
【００３３】
本発明の上記の、および更なる目的、特徴および利点は、下記の図面に関連して単に例として与えられたある幾つかの実施形態の下記の説明を考慮すれば、より明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】ＭＲＩシステムの磁石を収容するクライオスタットの略図的断面図である。
【図２】直接作用機械弁を使用する従来のクライオスタット装置の弁装置を略図的に表す図である。
【図３】本発明において使用されたクライオスタット装置の弁装置を略図的に表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図３は、制御弁４０を使用する、本発明において使用されたクライオスタット装置の弁装置を略図的に表す。図２の特徴要素に対応する特徴要素は対応する符号を保持する。制御弁４０は、ある一定の圧力およびガス流出流量制御方法にしたがって磁石管理制御システム３０によって制御され、これらの方法のあるものは本発明の態様を形成する。特に制御弁４０は、受動的圧力制御機能を与えて、図２の受動的保護安全弁６２を不必要にするようになされる。能動的に制御される弁４０は、図２の公知の装置の受動的安全保護弁６２と圧力制御弁６６の両者に取って代わり、各機能のための弁の以前の装置よりむしろ２つの機能のために単一の弁を与える。
【００３６】
制御弁４０は、極低温ガスの通気を可能にするためにある程度まで開くことによって極低温容器内の過大圧力に応答し、また弁を堅く閉じた状態に保持するために極低温容器内の過小圧力によって作用されて、大気または回復設備６０から極低温容器１２内へのガスの流入を防止または制限する。例えば制御弁４０は、本出願人によって同日付で出願された同時係属中の英国特許出願第０８０８４４２．８号明細書に記載されているようなものであり得る。
【００３７】
図２、図３の比較から直ちに見られるように図示のような制御弁４０の使用は、受動的安全保護弁６２の必要性を回避してシステム全体を単純化する。
【００３８】
本発明の態様によれば、弁４０を制御する磁石管理制御システム３０によって操作される特定の制御方法が提供される。本発明の方法は、磁石管理制御システム３０によるコンピュータプログラムの実行を含み得る。これらの方法は、磁石管理制御システム３０によって適用され、好ましくは大気または回復設備６０への極低温冷媒の流出を制限するように適応される。
【００３９】
磁石管理システム３０は、磁石の動作状態を示すデータ入力および／または極低温容器内の温度および／または圧力を示すデータ入力を受信する。磁石管理システムはまた、電気通信システム上で遠隔ユーザからのデータ入力を受信する。磁石管理制御システムは、このような入力データにしたがって弁４０を制御する。
【００４０】
磁石管理制御システム３０によって制御される制御弁４０の知的制御は、コイルの熱環境の改善された制御を可能にする。この改善された制御は好ましくは正常動作状況で、極低温冷媒の消耗を低減し、さらに好ましくは、クウェンチの確率を低減し、それによって、極低温冷媒損失を減少させるように機能する。制御弁は、本発明の方法にしたがってガス流出流量を制御するように、またしたがってコイル温度を制御するように動作させられ得る。本発明の態様によれば制御弁は、極低温冷媒の消耗を最小にするために極低温容器内圧力とガス流出流量とを最適化するように動作させられ得る。
【００４１】
本発明の方法は、極低温容器内圧力を制御することによって温度制御を実行するように弁４０を制御し得る。極低温容器内圧力は、磁石動作の関数および／または大気圧の関数として制御され得る。
【００４２】
以下に本発明の特定の方法が、ある程度詳細に説明される。
ランピング時の余分な通気
ランプアップとして公知である磁石への電流の導入時に、極低温容器内の温度は上昇して極低温容器内圧力を上昇させ、電流リードが温度上昇するにつれて極低温冷媒蒸発損の速度を増加させる。
【００４３】
同様に、ランプダウンとして公知である磁石からの電流の除去時に、極低温容器内の温度は、電流が再び抵抗性の電流リードを流れるにつれて上昇する。これは、電流リードが温度上昇するにつれて極低温容器内圧力を上昇させ、極低温冷媒蒸発損の速度を増加させる。
【００４４】
本明細書では用語「ランピング」および「ランプ手順（ramp procedure）」は、磁石へ電流を導入して漸増する際のランプアップおよび磁石電流を漸減させて除去する際のランプダウンの両者を含む、と理解されるべきである。
【００４５】
磁石のランピングは、一般的には磁石管理制御システム３０によって制御される。したがって磁石管理制御システム３０は、進行中の、または予定されたランプ手順にしたがって制御弁４０を制御し得る。ランプ手順が始まろうとしているとき、あるいは進行中であるとき、制御弁４０は、使用されている弁の特定のタイプに依存して、完全に開放された状態、またはデューティサイクルの大きな「開放」比率をもって開放された状態、または利用可能なガス流動経路の大きな断面積をもって開放された状態に保持され得る。これは、蒸発極低温冷媒の容易な流出を保証し、極低温容器内圧力が低いことと通気の流れが滑らかに変化することとを保証する。同様にこれは、極低温容器内の温度上昇が限定されて急激ではないことを保証し、磁石のための最適化された熱環境を与える。蒸発した極低温ガスが極低温容器から出るときに、電流リードを冷却するという有益な副作用も現れる。
【００４６】
直接作用機械弁を使用する同等の方法では、圧力制御弁６６は、ランピング手順の継続中、開いた状態に保持される。しかしながらこれは、極低温容器内へのガスの流入という危険を冒し、また極低温冷媒消耗の観点から最適化されなかった。
【００４７】
代替として磁石管理制御システム３０は、電流入力リードにおける単なる電圧測定値であり得る、ランピングが進行中であることを示すデータ入力と；極低温容器１２内および大気または回復設備６０内の圧力を示すデータ入力とを供給され得る。磁石管理制御システム３０は、ランピングが進行中であるかどうかを信号通知するデータ入力と極低温容器１２内および大気または回復設備６０内の圧力を示すデータ入力とにしたがって制御弁４０を制御し得る。ランピングが進行中である間中、磁石管理制御システム３０は、大気または回復設備６０と比較して極低温容器内のある一定の過剰圧力を維持しながら、制御弁４０をできる限り開き得る。ランピングが終了すると、対応するデータ入力によって磁石管理制御システム３０に示されるように、磁石管理制御システム３０は極低温容器１２内のある一定圧力を維持するために制御弁４０を動作させる安定なルーチンに復帰し得る。
ランピング時の限定された余分な通気
代替として全ランピングプロセス時に最大のガス流出流量を与えることよりむしろ、極低温容器圧力およびガス流出流量は、ランプ手順内の臨界時点において最大冷却を、また他の時点において減少してはいるがなお十分な冷却効果を与えるようにランピング時に制御され得る。このような改善された方法は、ランピング手順時の極低温冷媒消耗を更に減らすために役立つ。このような改善の一例として制御弁４０の開放およびその結果得られるガス流量は、電流リードを冷却するために最適化されたプレランプ（pre-ramp）極低温冷媒流動を生成するように選択され得る。磁石管理制御システム３０は、ランプ手順を制御するように機能し、したがってランピングプロセスが始まる前でも、リード冷却極低温ガス流を発生させることによって始まり得る。
【００４８】
更に磁石のコイルは、コイルが経験する変化する電界強度と電流とによって変化する力を受ける。それ自体で公知であるように、コイルのある動きが発生する可能性がある。このような加熱またはコイル運動がありそうなときに与えられる更なる冷却は、クウェンチの確率を減らすことにおいて有益である。
【００４９】
クウェンチは、比較的高い電流が磁石に流れていて、コイルがきちんと動作位置にないかもしれないときに、ランプアップの初め近くで発生する可能性が最も高いと考えられている。
【００５０】
本発明の方法によればランプ時の時間に伴う極低温容器圧力の変化は、全体的極低温冷媒消耗を減らしながら、必要な場合に冷却を与えるように最適化され得る。
極低温容器内の増加した圧力を作り上げることによって磁石への余分な冷却は、極低温容器圧力を下げるときに与えられ得る。放出される極低温ガスは、極低温ガスが極低温容器を離れるときに電流リードを冷却するために使用され得る。
【００５１】
従来、極低温容器内圧力は一定に保持されており、必要な場合に更なる冷却が生成されることを可能にせず、また比較的高い極低温冷媒消耗という結果を招く。本発明による１つの方法では、極低温容器内圧力は初めのうち、比較的高く維持されており、それから冷却が必要となる後刻に低くされる。極低温容器圧力の比較的急激な低下は、これに対応して比較的急激な温度低下を引き起こし、従来の方法と比較して、より効果的な冷却とより減少した極低温冷媒消耗とを与えるために、ランピング手順の熱生成ステップと一致するようにタイミングを合わせてなされ得る。本発明の改善された方法では、安定した低いレベルへの制御された徐々の圧力降下が実行される。圧力低下は、ランプ時に余分の冷却を引き起こす。圧力を徐々に引き下げることによって、増加した冷却効果がより長い間維持され得る。
【００５２】
このようにして、温度プロファイルは、超伝導であることを止めるために十分に温度を上昇させる磁石の如何なる部分の危険も減らすことによってクウェンチの危険を減らすようにランプ時に最適化され得る。磁石電流と極低温ガス温度および／または圧力を測定することによって、閉ループ制御方法が実行され得る。
正常動作時の漏洩防止
超伝導磁石の正常動作時に磁石管理制御システム３０は、正常時に閉じている制御弁４０によって、正常動作の最大許容値にまで上げられた極低温容器１２内の必要圧力をもって動作し得る。制御弁４０の使用は極低温容器１２内の検出された過剰圧力への信頼度の高い迅速な応答を可能にし、それによって従来望ましいと考えられていたより高い極低温容器内正常動作圧力を有することが可能となる。極低温容器１２内の圧力は、センサ３２と、極低温容器１２内圧力が設定された限界値に達した場合に制御弁４０を開くように動作する磁石管理制御システム３０と、によって監視される。従来の圧力制御方法は、極低温容器内の最大圧力を制限するために直接作用機械弁の開放に依存していた。これらの機械弁が正常動作時に漏洩するのを防止するために、正常動作圧力は最大圧力および機械弁を開くために必要とされる圧力よりかなり低く保持されていたが、それでもなお極低温冷媒漏洩は発生した。制御弁４０を動作させるために使用される本発明の方法によれば、比較的小さな圧力増加を信頼度高く検出することと、制御弁４０を開くことによって、あるいは制御弁４０の開放を増加させることによって迅速に対処することが可能である。それによって極低温冷媒の漏洩は、従来の圧力制御方法と比較して減らされる。
【００５３】
磁石管理制御システムは、所定の圧力が到達されるまで極低温ガスが通気することを可能にし、それから制御弁４０を閉じることによって極低温容器内の圧力を制御し得る。磁石管理システムは、例えば極低温容器１２の内部を冷却するように整えられた極低温冷凍機の動作を制御することによって極低温容器内の圧力が大気圧より低くならないことを保証するために圧力センサで監視し得る。
画像形成シーケンス時の蒸発ガスの排出
超電導磁石１０を備えるＭＲＩシステムの画像形成シーケンス時には、画像形成のために必要とされる傾斜磁場を与える傾斜磁場コイル（図示せず）を通ってパルス電流が流される。これらのパルス電流とその結果生じる変化する磁場の結果として、クライオスタットの一部分には渦電流が誘導され得る。これらの渦電流は、クライオスタットの電気抵抗のために加熱を生じ得る。傾斜磁場コイル自体はパルス電流のために温度上昇する可能性がある。全体として結果は、画像形成シーケンス時の極低温容器１２への増加した熱流入である。今度は、これは増加した通気が与えられなければ、極低温容器１２内の極低温ガスの温度と圧力とを上昇させる。本発明の方法によれば、増加した極低温冷媒通気が必要とされる期間中、例えば関連ＭＲＩシステムの画像形成手順中、磁石管理制御システム３０は制御弁４０を制御する。単に極低温容器内圧力の増加に応答することよりもむしろ、本発明は、画像形成サイクルが増加した蒸発を引き起こす前に、増加した冷却が開始されることを可能にする。磁石管理システム３０は画像形成シーケンスを管理しているので、本発明の１実施形態によればこのシステムは、画像形成シーケンスが増加した蒸発を引き起こす前に、または引き起こすと同時に極低温容器１２内の圧力を引き下げるように制御弁４０を動作させることができる。
自身の保護のためにクウェンチ時に閉じた状態に保持される制御弁
クウェンチでは極めて大量の極低温冷媒が極めて短時間に流出する。必要とされる限界圧力が超えられたときに開くように適当なバイアススプリングによって閉鎖位置に押し付けられる機械制御弁の従来の装置は、このような事象のときに不具合である可能性がある。クウェンチ時に極低温容器圧力は急激に上昇し、単純なスプリング機械弁は開く。極低温容器から放出される破片からの弁座汚染の可能性は比較的高い。
弁に対する、特に弾性弁密閉に対する他の損傷も起こる可能性がある。
【００５４】
超電導コイルを収容する極低温容器に単純スプリング弁である別のクウェンチ弁を取り付けることは、従来から行われている。クウェンチの場合、この弁はクウェンチによって引き起こされた高い流量を持つように開くが、それでまったく十分である。本発明の方法によれば、制御弁４０は、クウェンチ時に制御システム３０によって閉鎖位置に保持され、それによって弁座の破片汚染または制御弁４０に対する他の損傷の危険を防止する。クウェンチの開始は、当業者によって公知であるように極低温容器内に通常設けられているセンサによって指示されるように磁石管理制御システム３０によって検出され得る。クウェンチの開始の検出に応じて磁石管理制御システム３０は、制御弁４０を完全に閉じる。クウェンチによって開かれるクウェンチ弁は、必要に応じて極低温冷媒の流出を可能にするために十分である。制御弁４０を閉じた状態に保持することによって制御弁４０に対する弁座汚染および他の損傷は防止される。クウェンチ時の弁座汚染を防止するという有利な効果は、従来技術の単純機械スプリング弁も極低温容器内の上昇した圧力のためにクウェンチ時に開くので、この単純機械スプリング弁によって可能とはならない。
【００５５】
代替の、または相補的な方法では制御弁４０は、安全弁として配置され、極低温容器内の過剰圧力の検出に応じて完全に、または大きく開かれ得る。例えば極めて高い圧力は、クウェンチ弁またはバーストディスクが開くことができなかったことを示し得る、そして、制御弁を開くことによって少なくともある通気が与えられ得る。
遠隔点検修理準備
本発明が特に有利である状況は、極低温容器の点検修理のための準備のときである。極低温容器内に収容されたＭＲＩ画像形成システムの磁石の点検修理を特に参照しながら、以下にこのような作業について述べる。しかしながら、このような作業および利点は、他のタイプの装置が極低温容器内に収容されている状況にも適用され得る。
【００５６】
前に記載したように極低温容器内圧力は、一般的には磁石の正常動作時に大気圧より高く維持される。サービスエンジニアが磁石１０に取り掛かることが可能になる前に、極低温容器１２内の圧力は大気圧にまで下げられなくてはならない。従来からこれは次のように実行される。サービスエンジニアは現場に到着し、通気経路２５を開くために圧力制御弁６６を手で開く。通気経路は、極低温容器内ガス圧力が大気圧にまで降下する（ゲージ圧力＝０）までガス状極低温冷媒を大気または回復設備６０に排気しながら開放状態に保持される。これは現在公知のシステムでは通常、約３０分を要する。これは、極低温冷媒の著しい消耗とサービスエンジニアの時間の非効率な使用とを示す。
【００５７】
本発明のある幾つかの実施形態では、弁４０の動作は遠隔制御される。例えば磁石管理制御システム３０は、ネットワークを通してコマンドを受信するためにインターネットまたは電話システムまたは私設ネットワークといったネットワークに接続され得る。これは例えば、サービス要員が現場に到着するまでの時間、極低温容器をある一定の状態にしておくように制御弁４０に遠隔指令し得るサービス要員にとって特に有用である。
これは、サービス要員の到着時には極低温容器は点検修理の準備ができているので、サービス要員が時間を節約し、彼等の生産性を向上させることを可能にする。極低温容器および関連装置の所有者／運用者にとってのサービスコストは削減され得る。減圧ステップが遠隔制御されるので、減圧ステップは従来ほど迅速に実行される必要はない。今ではサービスエンジニアの時間を浪費せずにゆっくりした減圧（例えば数時間以上）が可能である。更に、ゆっくりした減圧は磁石を冷却する際の蒸発の潜熱をより十分に利用し、それによって通気時の極低温冷媒損失を減少させる。
【００５８】
制御された開放は、従来、手動減圧で遭遇した「フラッシュロス」を減らす、または、なくすことができるので極低温冷媒消耗を削減できる。
【００５９】
本発明は画像形成システムのための極低温に冷却される磁石の使用における別の段階に各々が取り組む方法を参照しながら説明されてきたが、本発明の方法の各々は、磁石管理制御システムに利用可能なデータであって、温度、圧力および流量といった極低温ガスの特徴よりむしろ磁石の状態を示すデータに応じて通気を制御することによって極低温冷媒の消耗を削減するように、極低温容器からの極低温ガスの通気の制御を改善することを追求するという特徴を共有する。
【００６０】
磁石の状態を示すデータは、磁石の動作を制御するコントローラの機能の一部としてコントローラによって生成されることが可能であり；あるいは磁石に関連するセンサによってコントローラに利用可能にされることが可能であり；あるいは磁石の一部分との電気的接続によってコントローラに利用可能にされ得る。
【００６１】
ある幾つかの実施形態では制御弁は、ソレノイドコイルによって直接操作される弁要素を含む。代替実施形態では例えば、モータ駆動ボール弁または空気圧駆動弁が使用され得る。使用される弁の正確なタイプは、本発明にとって本質的ではない。
【符号の説明】
【００６２】
１０  超電導コイル
１２  極低温容器
１４  極低温液体
１６  外側真空容器ＯＶＣ
１８  空間
１９  熱輻射シールド
１９ａ  アルミニウム被覆ポリエステルシート
２０  支持・懸架部材
２２  電流リード
２４  アクセスタレット
２５  通気経路
３０  磁石管理システム
３２、３４  センサ
４０  制御弁
６０  極低温冷媒回復設備
６２  受動的安全保護弁
６４  クウェンチ弁
６６  圧力制御弁
【図１】
0005409106.tif 000002
【図２】
0005409106.tif 000003
【図３】
0005409106.tif 000004